Vorlesung Systeme II - Rechnernetze und Telematik, Albert
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Systeme II 1. Organisation, Literatur, Internet, TCP/IPSchichtenmodell, ISO/OSI-Schichten Christian Schindelhauer Technische Fakultät Rechnernetze und Telematik Albert-Ludwigs-Universität Freiburg 1 Figure 1. Cisco Forecasts 6.3 Exabytes per Month of Mobile Data Traffic by 2015 Internet Verkehr Western Europe and Asia Pacific will account for over half of global mobile traffic by 2015, as Middle East and Africa will experience the highest CAGR of 129 percent, increasing 63-fold ov The emerging market regions (Central and Eastern Europe, Latin America, and Middle East an highest growth and will represent an increasing share of total mobile data traffic, from 12 perce to 20 percent by 2015. 2 Zunahme Internet-Verkehr 1 Ebit/s 100 Pbit/s Cisco: 966 Exabyte/y 2015 Internet-Verkehr 10 Pbit/s 1 Pbit/s 100 Tbit/s 10 Tbit/s 1 Tbit/s 100 Gbit/s 10 Gbit/s 1 Gbit/s 100 Mbit/s 10 Mbit/s 1 Mbit/s 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 3 Die letzte Meile 1 Tbit/s 100 Gbit Ethernet 100 Gbit/s 10 Gbit Ethernet 10 Gbit/s 1 Gbit/s Gbit Ethernet 4G LTE Euro-DOCSIS 3 Coax 100 Mbit Ethernet 100 Mbit/s 10 Mbit Ethernet 10 Mbit/s DOCSIS DSL 16000 HSDPA DSL 3000 UMTS 1 Mbit/s DSL 1000 EDGE ISDN 100 kbit/s 56 k Modem GPRS 10 kbit/s 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 4 2020 Organisation § Web-Seite - http://cone.informatik.uni-freiburg.de/cone_teach/ cone_teach_current/systeme-II-ss2012 § Forum - http://archive.cone.informatik.uni-freiburg.de/forum3/ viewforum.php?f=9 § Vorlesungen - Dienstag, 10:00 - 12:00 c.t., Hörsaal 101-00-036 - Mittwoch, 14:00 - 15:00 c.t., Hörsaal 101-00-036 5 Übungen § HIS-Einteilung ist gültig - Die Gruppengröße wurde an die Teilnehmeranzahl angepasst - Bitte die Übungszuordnung aktualisieren - Sollte der Mittwoch-Termin nicht funktionieren • im Forum-Thread eintragen § Gruppe 1 Christian Schönweiß - Mittwoch, 15:00 - 16:00 c.t., Seminarraum 051 - 00-006 § Gruppe 2 Felix Thein - Mittwoch, 15:00 - 16:00 c.t., Seminarraum 051 - 00-031 § Gruppe 3 Jan Alexander - Mittwoch, 15:00 - 16:00 c.t., Seminarraum 078 - 00-014 § Gruppe 4 Wael AlSidawi - Mittwoch, 15:00 - 16:00 c.t., Hörsaal 051 - 03-026 6 Übungsaufgaben § Erscheinen jeden Mittwoch auf der Webseite - Bearbeitung freiwillig - Abgabe als PDF bis Dienstag 23.59 Uhr (GMT+1) der Folgewoche - jetzt in das HIS eintragen (Deadline heute) - Über Web-Interface • https://hondo.informatik.uni-freiburg.de:13241/websys/websys? startup=student&lecture=systemeiisommer2012 - Grundlage für schriftliche Klausur § Besprechung am Tag nach der Abgabe § Korrektur durch den Tutor - Rückgabe eine Woche nach Abgabe § Vorrechnen der Aufgaben - durch die Studenten 7 Peer-Review § Peer-Review-Verfahren für Bewertung der Übung - Jeder Teilnehmer, der seine Übung in der Klausur verwendent möchte, muss fünf andere Abgaben begutachten - Double-Blind-Review: • Keine Namen oder Matrikelnummer auf das Übungsblatt - Abgabe und Bewertung per Web-Interface 8 Prüfung § Klausur - Schriftlich am 04.09.2012, 10.00 Uhr § Prüfungsanmeldung - erfolgt on-line über das HIS § Fristen beachten! § Erlaubte Hilfsmittel - Keine außer einer Auswahl eigener Übungsabgaben - Diese werden in gedruckter Form zur Klausur bereitgestellt • ohne Korrekturen der Tutoren • keine Programmlistings • nur sinnvolle Abgaben • keine plagiarisierte Abgaben 9 Medien § PDF-Foliensätze - vor der Vorlesung auf der Web-Site § Aufzeichnung von den Vorjahren § Literaturhinweise - gleich und auf der Web-Site § Forum - auf der Web-Site - zur Diskussion - sonstige Organisation § Beste Übungsabgabe auf der Webseite 10 Inhalte 1.Schichtenmodelle 2.Multimedia 3.Sicherheit 4.Das Internet 5.Anwendungsschicht (Application Layer) 6.Transportschicht (Transport Layer) 7.Vermittlungsschicht (Network Layer) 8.Mediumzugriffs-Steuerung (Medium Access Control Sub-Layer - MAC) 9.Sicherungsschicht (Data Link Layer) 10.Bitübertragungsschicht (Physical Layer) 11 Veranstaltungen im Bereich Netzwerke Netzwerke I = Systeme II jeden Sommer Einführung in Netzwerke Ethernet Grundlagen des Internets Netzwerke II = Communication Systems jeden Winter WLAN, Telefonnetzwerke, VoIP, u.v.a. Vertiefung Netzwerke z.B. Distributed Systems Sommer/ Winter Praktika, Projekte, Teamprojekte z.B. Seminare Bachelor-/ MasterArbieten Network Algorithms Peer-to-Peer-Netzwerke Algorithms for Radio Networks Ad-Hoc-Netzwerke Wireless Sensor Networks Location Based Service jeden Winter je nach Lehrstuhl, individuell jedes Semester forschungsnahe Arbeit 12 Literatur (II) § Das Buch Nr. 1 zur Vorlesung: - Computer Networking A Top-Down Approach Featuring the Internet, James F. Kurose, Keith W. Ross, Prentice Hall 13 Literatur (I) § Das Buch Nr. 2 zur Vorlesung - Computer Networks, Andrew S. Tanenbaum (Prentice Hall) - auf Deutsch: Computernetzwerke (Taschenbuch) 14 Literatur (III) § Buch Nr. 3: - Data and computer Communications - William Stallings - Pearsons, PrenticeHall, 2007 15 Literatur (IV) § Zur Vertiefung: - TCP/IP Illustrated, Volume - The Protocols, W. Richard Stevens, Addison-Wesley 16 Literatur (V) § Fred Halsal, Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1995 17 Die Schichtung des Internets - TCP/IPLayer Anwendung Application Telnet, FTP, HTTP, SMTP (E-Mail), ... TCP (Transmission Control Protocol) Transport Transport UDP (User Datagram Protocol) Vermittlung Network IP (Internet Protocol) + ICMP (Internet Control Message Protocol) + IGMP (Internet Group Management Protoccol) Verbindung Host-toNetwork LAN (z.B. Ethernet, Token Ring etc.) 18 TCP/IP-Schichtenmodell § 1. Host-to-Network - nicht spezifiziert, hängt vom LAN ab, z.B. Ethernet, WLAN 802.11b, PPP, DSL § 2. Vermittlungsschicht (IP - Internet Protokoll) - Spezielles Paketformat und Protokoll - Paketweiterleitung - Routenermittlung § 3. Transportschicht - TCP (Transport Control Protocol) • zuverlässiger bidirektionaler Byte-Strom-Übertragungsdienst • Fragmentierung, Flusskontrolle, Multiplexing - UDP (User Datagram Protocol) • Paketübergabe an IP • unzuverlässig, keine Flusskontrolle § 4. Anwendungsschicht - zahlreiche Dienste wie TELNET, FTP, SMTP, HTTP, NNTP, ... 19 Beispiel zum Zusammenspiel aus Stevens TCP/IP Illustrated 20 Datenkapselung aus Stevens TCP/IP Illustrated 21 Das ISO/OSI Referenzmodell § 7. Anwendung (Application) - Datenübertragung, E-Mail, Terminal, Remote login § 6. Darstellung (Presentation) - Systemabhängige Darstellung der Daten (EBCDIC/ASCII) § 5. Sitzung (Session) - Aufbau, Ende, Wiederaufsetzpunkte § 4. Transport (Transport) - Segmentierung, Stauvermeidung § 3. Vermittlung (Network) - Routing § 2. Sicherung (Data Link) - Prüfsummen, Flusskontrolle § 1. Bitübertragung (Physical) - Mechanische, elektrische Hilfsmittel 22 ISO/OSI - Schicht 1 § Aküfi - ISO: International Standards Organisation - OSI: Open Systems Interconnections 1.Bitübertragung (Physical) - Übertragung der reinen Bits - Technologie (elektronisch/Licht) - Physikalischen Details (Wellenlänge, Modulation) 23 ISO/OSI - Schicht 2 2. Sicherung (Data Link Layer) – Bereinigung von Übertragungsfehler – Daten werden in Frames unterteilt mit Kontrollinformation § (z.B. Checksum) – Bestätigungsframes werden zurückgesendet – Löschen von Duplikaten – Ausgleich schneller Sender - langsamer Empfänger (Flusssteuerung) – Lösung von Problemen beim Broadcasting • Zugriff auf gemeinsames Medium = Mediumzugriff § (medium access control = MAC) 24 ISO/OSI - Schicht 3 3. Vermittlungsschicht - Packetweiterleitung (packet forwarding) - Routenermittlung/Wegewahl der Pakete (route detection) - Kontrolle von Flaschenhälsen (bottleneck) in der Wegewahl - Abrechnung der Pakete (Abrechnungssystem) 25 ISO/OSI - Schicht 4 4. Transportschicht - Unterteilung der Daten aus der Sitzungsschicht in kleinere Einheiten (Pakete) - In der Regel Erstellung einer Transportverbindung für jede anfallende Verbindung - Möglicherweise auch mehrere Transportverbindungen zur Durchsatzoptimierung - Art der Verbindung • fehlerfrei, Punkt-zu-punkt (z.B. TCP) • fehlerbehaftet, Unidirektional (z.B. UDP) • Multicasting (einer an viele) • Broadcasting (einer an alle) - Multiplexing: Zu welcher Verbindung gehört dieses Paket - Flusskontrolle: Wieviele Pakete können/sollen versendet werden (ohne das Netzwerk zu überfordern) 26 ISO/OSI - Schicht 5 5. Sitzungsschicht - Festlegung der Sitzungsart, z.B. • Dateitransfer, Einloggen in ein entferntes System - Dialogkontrolle • Falls Kommunikation immer nur abwechselnd in einer Richtung geht, regelt die Richtung die Sitzungsschicht - Token Management • Falls Operationen nicht zur gleichen Zeit auf beiden Seiten der Verbindungen möglich sind, verhindert dies die Sitzungsschicht - Synchronisation • Checkpoints zur Wiederaufnahme abgebrochener Operationen (z.B. Filetransfer) 27 ISO/OSI Schichten 6 und 7 6. Präsentationsschicht - Anpassung von Kodierungen, - z.B. Zeichensätze, Namen, Addressfelder, Formulare, etc. 7. Anwendungsschicht - Große Vielfalt aller möglichen Funktionen, z.B. • Virtuelle Terminals • Filetransfer • E-mail • Video • Radio • Spiele ... 28 OSI versus TCP/IP (Aus Tanenbaum) 29 Hybrides Modell (Aus Tanenbaum) 30 Systeme II 1. Organisation, Literatur, Internet, TCP/IPSchichtenmodell, ISO/OSI-Schichten Christian Schindelhauer Technische Fakultät Rechnernetze und Telematik Albert-Ludwigs-Universität Freiburg 31
